高鹽堿地區(qū)混凝土抗介質(zhì)侵蝕性能研究

劉海順，程亞軍，羅志明，趙琦

（新疆維吾爾自治區(qū)產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)研究院，新疆 烏魯木齊 830013）

0 引言

針對高鹽堿地區(qū)，主要以 SO42-、Cl-及 Mg2+等離子含量而言，其中，SO42-、Cl-對混凝土的介質(zhì)侵蝕破壞最為顯著，本文以烏魯木齊市 6 個(gè)地區(qū)近 20 個(gè)工程標(biāo)段所勘察收集到的地下水、土體中 SO42-、Cl-及 Mg2+含量為背景，根據(jù)其含量占比情況，選取了含量較高的SO4

2-、Cl-兩種鹽類開展本研究。

1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

1.1 侵蝕破壞機(jī)理

硫酸鹽侵蝕破壞混凝土機(jī)理：（1）化學(xué)侵蝕，主要以水泥水化產(chǎn)物生成石膏、鈣礬石等化學(xué)產(chǎn)物，導(dǎo)致混凝土內(nèi)部體積膨脹開裂破壞；（2）物理侵蝕，結(jié)晶壓力理論，主要包括結(jié)晶水壓力理論和鹽結(jié)晶壓力理論，其理論基礎(chǔ)在于混凝土孔隙分布和外界環(huán)境溫濕度雙重作用下對混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的壓力破壞。

氯鹽對混凝土結(jié)構(gòu)的破壞機(jī)理：（1）優(yōu)先吸附與局部酸化，破壞鈍化膜；（2）電化學(xué)腐蝕與催化作用。最終導(dǎo)致鋼筋銹蝕，膨脹開裂，破壞混凝土結(jié)構(gòu)。

1.2 試驗(yàn)方案

本試驗(yàn)以烏魯木齊市地下水、地下土中硫酸鹽含量、氯鹽含量為背景，各選擇了三種不同濃度的硫酸鹽溶液和氯鹽溶液，進(jìn)行選擇性耦合，并以自來水為空白參考，共計(jì) 10 種溶液。以 20℃ 和 50℃ 下不同齡期的浸泡進(jìn)行對比研究，以不同齡期下的抗壓強(qiáng)度，質(zhì)量變化率、電通量等指標(biāo)進(jìn)行試驗(yàn)研究。

1.3 試驗(yàn)

1.3.1 原材料選擇及性能

本試驗(yàn)選用了水泥、粉煤灰、?；郀t礦渣粉作為膠凝材料，以中砂作為骨料，摻加聚羧酸高性能減水劑（PCA），摻入混凝土抗侵蝕劑（CAEA）進(jìn)行對比試驗(yàn)，主要技術(shù)指標(biāo)見表 2～6。

表 2 青松 P·O42.5R 水泥性能指標(biāo)

表 3 粉煤灰性能指標(biāo) %

表 4 ?；郀t礦渣粉性能指標(biāo)

表 1 浸泡溶液、溫度及齡期設(shè)定

表 5 聚羧酸高性能減水劑（PCA）性能指標(biāo)

表 6 混凝土抗侵蝕劑（CAEA）性能指標(biāo)

混凝土抗侵蝕劑系一種高性能混凝土液態(tài)耐腐蝕外加劑（CAEA），摻入混凝土中可對侵入混凝土中的有害離子進(jìn)行吸附與絡(luò)合，抑制膨脹性腐蝕產(chǎn)物的生成，從而有效提升混凝土的抗硫酸鹽、鹽類腐蝕破壞的性能。

1.3.2 試驗(yàn)用配合比設(shè)計(jì)

本試驗(yàn)以混凝土配合比設(shè)計(jì)為基礎(chǔ)，采用 3 個(gè)不同的水膠比，適當(dāng)?shù)纳奥蔬M(jìn)行設(shè)計(jì)，以水泥膠砂為研究對象，依據(jù)膠砂流動(dòng)度為 220mm 為控制指標(biāo)，控制外加劑的用量，對比摻入混凝土抗侵蝕劑（CAEA）進(jìn)行試驗(yàn)研究。試驗(yàn)用配合比見表 7。

2 試驗(yàn)結(jié)果及分析

2.1 不同齡期下的膠砂抗壓強(qiáng)度

20℃ 環(huán)境中，各浸泡介質(zhì)、各齡期膠砂抗壓強(qiáng)度結(jié)果見表 8 和圖 1。50℃ 環(huán)境中，各浸泡介質(zhì)、各齡期膠砂抗壓強(qiáng)度結(jié)果見表 9 和圖 2。

從表 8、9 和圖 1、2 可見，3 種水膠比、不同齡期、在 20℃ 的環(huán)境條件下，隨著硫酸鹽濃度的升高，膠砂試件的抗壓強(qiáng)度呈現(xiàn)先增加后降低的發(fā)展趨勢，且浸泡隨著齡期的增加，呈現(xiàn)的規(guī)律越明顯；而隨著氯鹽溶液濃度的增加，膠砂試件的抗壓強(qiáng)度變化不明顯，隨著浸泡齡期的增加，呈現(xiàn)增長的趨勢發(fā)展；兩種介質(zhì)的混合溶液中則呈現(xiàn)出各自溶液在該濃度下的疊加效應(yīng)。同樣的，在 50℃ 環(huán)境條件下，表現(xiàn)出與 20℃ 下類似的發(fā)展規(guī)律，且變化程度更明顯，但氯鹽介質(zhì)長齡期浸泡下，表現(xiàn)出隨著濃度的增大，膠砂試件的抗壓強(qiáng)度降低的發(fā)展趨勢。

同時(shí)，與摻入混凝土抗侵蝕劑（CAEA）對比分析?？芍?，隨著抗硫酸鹽侵蝕外加劑（CAEA）的摻入，其膠砂抗壓強(qiáng)度受浸泡介質(zhì)的影響減弱，但隨著介質(zhì)浸泡齡期的增加，這種減弱趨勢降低。

2.3.2 不同齡期下的膠砂質(zhì)量變化率

不同溫度、各浸泡介質(zhì)下各齡期膠砂質(zhì)量變化率檢測結(jié)果見表 10。

由表 10 可知，總體上，隨著溶液濃度的增加，膠砂質(zhì)量變化率增加，但此規(guī)律隨著環(huán)境溫度的升高，隨著介質(zhì)浸泡齡期的增加并不明顯，相關(guān)性較差，分析總結(jié)應(yīng)由水化產(chǎn)物析出、內(nèi)部結(jié)構(gòu)孔隙分布，孔隙占比，以及介質(zhì)進(jìn)入孔隙內(nèi)部進(jìn)行化合，物理結(jié)晶等共同作用的結(jié)果。

2.3.3 不同侵蝕介質(zhì)下膠砂 28d 電通量

20℃ 各浸泡介質(zhì)下膠砂 28d 電通量檢測結(jié)果見表11。

由表 11 可見，不論是自來水中，還是硫酸鹽侵蝕介質(zhì)中，隨著抗硫酸鹽侵蝕外加劑（CAEA）的摻入，電通量都有所程度的降低。分析得出，其在一定程度上優(yōu)化了膠砂內(nèi)部孔隙結(jié)構(gòu)，降低了定向電流作用下離子的遷移效率。

表 7 試驗(yàn)用配合比設(shè)計(jì)

表 8 20℃ 各浸泡介質(zhì)下各齡期膠砂抗壓強(qiáng)度 MPa

表 9 50℃各浸泡介質(zhì)下各齡期膠砂抗壓強(qiáng)度 MPa

圖 2 50℃ 各浸泡介質(zhì)下各齡期膠砂抗壓強(qiáng)度

表 10 不同溫度、各浸泡介質(zhì)下各齡期膠砂質(zhì)量變化率 %

表 11 20℃ 浸泡介質(zhì)下 28d 齡期電通量

3 結(jié)論

（1）隨著抗硫酸鹽侵蝕外加劑（CAEA）的摻入，其對膠砂的強(qiáng)度發(fā)展有積極影響。

（2）硫酸鹽溶液對水泥膠砂強(qiáng)度降低影響程度大于氯鹽溶液，且隨著環(huán)境溫度和介質(zhì)作用時(shí)長表現(xiàn)的更為顯著，兩種介質(zhì)的混合溶液中則呈現(xiàn)出各自溶液在該濃度下的疊加效應(yīng)。

（3）隨著溶液濃度的增加，膠砂質(zhì)量變化率增加，但此規(guī)律隨著環(huán)境溫度的升高，隨著介質(zhì)浸泡齡期的增加并不明顯，相關(guān)性較差。

（4）隨著抗硫酸鹽侵蝕外加劑（CAEA）的摻入，降低了外界侵蝕介質(zhì)對膠砂內(nèi)部結(jié)構(gòu)的影響，并能在一定程度上優(yōu)化膠砂內(nèi)部孔隙結(jié)構(gòu)，改善水泥膠砂耐久性能。